(57)【要約】  本発明は、三次元半導体素子（３１）のエピタキシャル成長に適した核形成構造（１０）に関し、成長面（１３）を形成する単結晶材料を含む基板（１１）と、成長面（１３）からエピタキシャル成長した中間結晶材料で形成され、上部中間面（１５）を画定する複数の中間部（１４）と、核形成結晶材料を形成する遷移金属を含む材料から形成された複数の核形成部（１６）であって、各核形成部（１６）は、上部中間面（１５）からエピタキシャル成長し、三次元半導体素子（３１）のエピタキシャル成長に適した核形成面（１７）を画定する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元半導体素子（３１）のエピタキシャル成長に適した核形成構造（１０）であって、成長面（１３）を形成する単結晶材料を含む基板（１１）を有し、前記基板（１１）上に遷移金属を含む材料からなる複数の核形成部（１６）が形成される前記核形成構造（１０）であって、
複数の中間部（１４）を備え、各前記中間部（１４）は、前記成長面（１３）からエピタキシャル成長した中間結晶材料で形成され、各前記中間部（１４）は、前記中間結晶材料の面内の少なくとも１つの方向、及び、前記中間結晶材料の面に直交する少なくとも１つの方向において、前記基板（１１）の結晶格子の結晶学的配向に整列した前記中間部（１４）の結晶格子の結晶学的配向を有し、各前記中間部（１４）は、前記成長面（１３）の反対側に上部中間面（１５）を画定し、
各前記核形成部（１６）は、前記上部中間面（１５）からエピタキシャル成長し、核形成結晶材料を形成する遷移金属を含む材料から形成され、各前記核形成部（１６）は、前記核形成結晶材料の面内の少なくとも１つの方向、及び、前記核形成結晶材料の面に直交する少なくとも１つの方向において、前記中間結晶材料の結晶格子の結晶学的配向に整列した前記核形成部の結晶格子の結晶学的配向を有し、各前記核形成部（１６）は、前記上部中間面（１５）の反対側に核形成面（１７）を画定し、前記三次元半導体素子（３１）のエピタキシャル成長に適した、
ことを特徴とする核形成構造（１０）。
【請求項２】
前記中間部（１４）は、互いに分離したブロックを形成し、前記核形成部（１６）は、前記遷移金属を含む材料で形成され前記成長面（１３）に接する注入部（２０）と、少なくとも部分的に境界を伴って接し、前記注入部（２０）は、前記成長面（１３）からテクスチャ形成され、前記注入部（２０）及び前記成長面（１３）の材料の面に直交する方向に、一つの好ましい結晶学的配向を有する、
請求項１に記載の核形成構造（１０）。
【請求項３】
前記中間結晶材料は、窒化アルミニウム、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、並びに、アルミニウム、チタン、ハフニウム、マグネシウム及びジルコニウムの酸化物から選択され、六方晶、面心立方晶または斜方晶系の結晶構造を有する、
請求項１または２に記載の核形成構造（１０）。
【請求項４】
前記核形成結晶材料は、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル若しくはタングステン、または、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル若しくはタングステンの窒化物若しくは炭化物から選択され、六方晶系または面心立方晶系の結晶構造を有する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の核形成構造（１０）。
【請求項５】
前記基板（１１）の単結晶材料は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物、または、ＩＶ族元素若しくはＩＶ族化合物から選択され、六方晶系または面心立方晶系の結晶構造を有する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の核形成構造（１０）。
【請求項６】
前記基板（１１）の材料は、導電性である、
請求項５に記載の核形成構造（１０）。
【請求項７】
前記成長面（１３）と接触して配置され、前記核形成部（１６）と同じ材料で前記核形成部（１６）から一体的に形成された注入部（２０）で覆われ、遷移金属を含む材料から形成された少なくとも１つの下部注入部（２２）を備え、前記下部注入部（２２）は、前記成長面（１３）からテクスチャ形成され、これにより、前記下部注入部（２２）の材料の面に直交する方向に一つの好ましい結晶学的配向を有する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の核形成構造（１０）。
【請求項８】
前記核形成部（１６）と接触して配置され、前記核形成面（１７）を部分的に覆う遷移金属を含む材料から形成された少なくとも１つの上部注入部（２１）を備えた、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の核形成構造（１０）。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の核形成構造（１０）と、複数の前記三次元半導体素子（３１）であって各前記三次元半導体素子はそれぞれ前記核形成面（１７）からエピタキシャル成長した複数の前記三次元半導体素子（３１）と、を含む光電子デバイス（１）であって、前記三次元半導体素子（３１）は、前記三次元半導体素子の材料の面内で少なくとも１つの方向、及び、前記三次元半導体素子の材料の面に直交する少なくとも１つの方向において、前記核形成結晶材料の結晶格子の結晶配向と整列した前記三次元半導体素子の結晶格子の結晶学的配向を有する、
光電子デバイス（１）。
【請求項１０】
各前記三次元半導体素子（３１）は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物、または、ＩＶ族元素若しくはＩＶ族化合物から選択される半導体材料から製造される、
請求項９に記載の光電子デバイス（１）。
【請求項１１】
各前記三次元半導体素子（３１）の半導体材料は、ＩＩＩ族からの第１の元素とＶ族からの第２の元素とから形成されるＩＩＩ−Ｖ族化合物を含み、前記三次元半導体素子（３１）は、前記第１の元素の極性を有する、
請求項９または１０に記載の光電子デバイス（１）。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の核形成構造（１０）の製造方法であって、
周囲温度と、５００℃と、の間の成長温度でスパッタリングすることによって前記核形成部（１６）をエピタキシャル成長させるステップを含む、
核形成構造（１０）の製造方法。
【請求項１３】
前記核形成部（１６）と接触して位置し、前記核形成面（１７）を部分的に覆う少なくとも１つの上部注入部（２１）を形成するステップを含む核形成構造（１０）の製造方法であって、以下のサブステップの、
−前記核形成面（１７）を覆う遷移金属を含む第２の材料から形成される層のエピタキシャル成長のステップと、
−前記第２の材料から形成される層を覆う誘電体材料の層を堆積するステップと、
−前記核形成面（１７）に面し、第２の材料上に開口する第１の開口を形成するように、前記第２の材料まで、前記誘電体材料を局所的かつ選択的にドライエッチングするステップと、
−前記核形成面（１７）上に開口する開口（１９）を形成するために、前記第１の開口を通して、前記核形成結晶材料まで、前記第２の材料を局所的かつ選択的にウェットエッチングするステップと、
を有する請求項１２に記載の核形成構造（１０）の製造方法。
【請求項１４】
６００℃〜１２００℃の温度で前記核形成部（１６）を結晶化アニーリングするステップをさらに含む、
請求項１２または１３に記載の核形成構造（１０）の製造方法。
【請求項１５】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の光電子デバイス（１）の製造方法であって、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の核形成構造（１０）の製造工程と、
前記核形成構造（１０）の製造工程と、前記核形成面（１７）から複数の前記三次元半導体素子（３１）を成長させる成長工程と、の間において、前記核形成部（１６）が窒化アニーリングされないように、前記核形成面（１７）から複数の前記三次元半導体素子（３１）を成長させる成長工程と、
を備えた光電子デバイス（１）の製造方法。
【請求項１６】
前記製造工程と前記成長工程との間に、前記核形成面（１７）が８００℃以上のアニール温度及びアンモニアのフローに同時にさらされない、
請求項１５に記載の光電子デバイス（１）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、ナノワイヤまたはマイクロワイヤなどの三次元半導体素子を含む光電子デバイスの分野であり、特に、そのような三次元半導体素子のエピタキシャル成長に適し、遷移金属を含む材料でできた、少なくとも１つの核形成部を含む核形成構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、発光ダイオードの一部を形成する、ナノワイヤまたはマイクロワイヤタイプの三次元半導体素子を含む光電子デバイスが存在する。したがって、ナノワイヤまたはマイクロワイヤは、例えば、ｎ型の第１のドープ部を形成し、その一部は、たとえば、少なくとも１つの量子井戸を含む活性領域によって、及び、反対の導電性を有するタイプ、例えば、ｐ型の第２のドープ部によって、覆われる。
【０００３】
ナノワイヤまたはマイクロワイヤは、活性領域及び第２のｐドープ部が、第１のｎドープ部の周囲を取り囲まずに、エピタキシャル成長の長手方向軸に沿って、第１のｎドープ部に実質的に連続して延びる軸構成で製造され得る。それらは、例えば、ここでは半径方向構成とも呼ばれるコア／シェル構成で製造することができ、活性領域および第２のｐドープ部は、第１のｎドープ部の少なくとも一部の周囲を囲む。
ワイヤの核形成及びそれらのエピタキシャル成長は、例えば、シリコン結晶からなる半導体基板上に置かれた、例えば、窒化アルミニウム、または、遷移金属窒化物からなる核形成部を使用して実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１６２７１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
国際公開第２０１１／１６２７１５号は、窒化チタン製の核形成部の例を記載している。この核形成層は、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）または大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）によって堆積させることができる。
【０００６】
しかしながら、例えば、三次元半導体素子の核形成及びエピタキシャル成長に適しており、光学素子の均質性及び／または三次元半導体素子の電子特性を改善することを可能にする、遷移金属窒化物で作られた核形成部を有する核形成構造が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、従来技術の欠点を少なくとも部分的に克服することであり、より詳細には、光学的及び／または電子的特性が改善された均質性を有する三次元半導体素子の核形成及びエピタキシャル成長に適した核形成層を有する核形成構造を提供することである。
【０００８】
このために、本発明の１つの主題は、三次元半導体素子のエピタキシャル成長に適した核形成構造であって、成長面を形成する単結晶材料を含む基板を有し、基板上に遷移金属を含む材料からなる複数の核形成部が形成される。また、本発明によれば、核形成構造は、複数の中間部を備え、各中間部は、成長面からエピタキシャル成長した中間結晶材料で形成され、成長面の反対側に上部中間面を画定する。各核形成部は、上部中間面からエピタキシャル成長し、核形成結晶材料を形成する遷移金属を含む材料から形成され、上部中間面とは反対側に三次元半導体素子のエピタキシャル成長に適した核形成面を画定する。
【０００９】
中間結晶材料は、成長面からエピタキシャル成長する。したがって、中間結晶材料は、中間結晶材料の面内の少なくとも１つの方向及ぶ中間結晶材料の面に直交する少なくとも１つの方向において、基板の単結晶材料の結晶格子における結晶学的配向に整列した中間結晶材料の結晶学的配向を有する。材料の面は、ここでは、中間結晶材料の成長する面である。さらに、核形成結晶材料は、上部中間面からエピタキシャル成長する。したがって、核形成結晶材料は、材料の面内の少なくとも１つの方向及び材料の面に直交する少なくとも１つの方向において、中間結晶材料の結晶格子の結晶学的配向と整列した核形成結晶材料の結晶格子の結晶学的配向を有する。材料の面は、ここでは、核形成結晶性材料の成長する面である。
【００１０】
したがって、中間部がすべて単結晶材料で形成された同じ成長面からエピタキシャル成長している限り、それらは、すべて、上部中間面の任意の点で、及び、ある中間部から次の中間部まで、同じ結晶学的配向を有する。核形成面の任意の点で、及び、ある核形成部から次の核形成部まで、全て同じ結晶学的配向を有する核形成部についても同じことが言える。
【００１１】
この核形成構造のある好ましい、しかし、非限定的な局面は以下の通りである。
【００１２】
中間部は互いに分離したブロックを形成することができ、核形成部は、遷移金属を含む材料で形成され成長面に接する注入部と、少なくとも部分的に境界を伴って接している。注入部は、上部中間面からではなく成長面から形成される限りにおいて、テクスチャ形成され、エピタキシャル化されない。従って、注入部は、その材料の面に直交する方向に単一の好ましい結晶学的配向を有する。その材料の面は、ここでは、注入部の材料の成長する面であり、ここでは、基板の面に平行である。
【００１３】
中間結晶材料は、窒化アルミニウム、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、並びに、アルミニウム、チタン、ハフニウム、マグネシウム及びジルコニウムの酸化物から選択され、六方晶、面心立方晶または斜方晶系の結晶構造を有する。
【００１４】
核形成結晶材料は、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル若しくはタングステン、または、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル若しくはタングステンの窒化物若しくは炭化物から選択され、六方晶系または面心立方晶系の結晶構造を有する。
【００１５】
基板の単結晶材料は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物、または、ＩＶ族元素若しくはＩＶ族化合物から選択され、六方晶系または面心立方晶系の結晶構造を有する。
【００１６】
基板の材料は、導電性である。
【００１７】
核形成構造は、成長面と接触して配置され、核形成部と同じ材料で核形成部から一体的に形成された注入部で覆われ、遷移金属を含む材料から形成された少なくとも１つの下部注入部を含んでもよい。下部注入部は、上部中間面からではなく成長面から形成される限りにおいて、テクスチャ形成され、エピタキシャル化されない。従って、下部注入部は、その材料の面に直交する方向に単一の好ましい結晶学的配向を有する。 その材料の面は、ここでは、下部注入部の材料の成長する面であり、ここでは、基板の面と平行である。
【００１８】
核形成構造は、核形成部と接触して配置され、かつ、核形成面を部分的に覆う遷移金属を含む材料から形成された少なくとも１つの上部注入部を含む。
【００１９】
本発明は、また、前述の特徴のうちのいずれか１つによる核形成構造と、複数の三次元半導体素子であって各三次元半導体素子がそれぞれ核形成面からエピタキシャル成長した複数の三次元半導体素子と、を含む光電子デバイスに関する。したがって、三次元半導体素子は、三次元半導体素子の材料の面内で少なくとも１つの方向、及び、材料の面に直交する少なくとも１つの方向において、核形成結晶材料の結晶格子の結晶配向と整列した三次元半導体素子の結晶格子の結晶学的配向を有する。材料の面は、三次元半導体素子の材料の成長する面である。様々な核形成部の核形成結晶材料が、核形成面の任意の点において、そして、１つの核形成部から次の核形成部まで同じ結晶学的配向を有する限り、三次元半導体要素もまた１つの核形成部から次の核形成部まで同じ結晶学的配向を有する。
【００２０】
各三次元半導体素子は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物、または、ＩＶ族元素若しくはＩＶ族化合物から選択される半導体材料から製造される。
【００２１】
各三次元半導体素子の半導体材料は、ＩＩＩ族からの第１の元素とＶ族からの第２の元素とから形成されるＩＩＩ−Ｖ族化合物を含み、三次元半導体素子は、第１の元素の極性を有する。
【００２２】
本発明は、また、周囲温度と、５００℃と、の間の成長温度でスパッタリングすることによって核形成部をエピタキシャル成長させるステップを含む、前述の特徴のうちのいずれか１つによる核形成構造の製造方法に関する。
【００２３】
その製造方法は、核形成部と接触して位置し、かつ、核形成面を部分的に覆う少なくとも１つの上部注入部を形成するステップを含む、核形成構造の製造方法であって、以下のサブステップを有する。
−核形成面を覆う遷移金属を含む第２の材料から形成される層のエピタキシャル成長のステップと、
−第２の材料から形成される層を覆う誘電体材料の層を堆積するステップと、
−前記核形成面に面し、前記第２の材料上に開口する第１の開口を形成するように、第２の材料まで、前記誘電材料を局所的かつ選択的にドライエッチングするステップと、
−核形成面上に開口する開口を形成するために、第１の開口を通して核形成結晶材料まで、前記第２の材料を局所的かつ選択的にウェットエッチングする。
【００２４】
その製造方法は、６００℃〜１２００℃の温度で核形成部を結晶化アニーリングするステップをさらに含む。
【００２５】
本発明は、さらに、以下の工程を備えた前述の特徴のうちのいずれか１つによる光電子デバイスの製造方法に関する。
−前述の特徴のうちのいずれか１つによる核形成構造の製造工程と、
−核形成面から複数の三次元半導体素子を成長させる成長工程と、の間において、核形成部が窒化アニーリングされないように、核形成面から複数の三次元半導体素子を成長させる成長工程。
【００２６】
核形成構造の製造工程と、複数の三次元半導体素子の成長工程との間に、核形成面が８００℃以上のアニール温度及びアンモニアのフローに同時にさらされない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明の他の態様、目的、利点および特徴は、添付の図面を参照しながら、非限定的な例として与えられる以下の好ましい実施形態の詳細な説明により明らかになるであろう。
【図１Ａ】一実施形態による核形成構造の横断面の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す核形成構造を含む発光ダイオードを有する光電子デバイスの横断面の概略図である。
【図２Ａ】中間部がない場合の成長面および核形成面の斜視図である。
【図２Ｂ】中間部がない場合の成長面および核形成面の上面図である。
【図２Ｃ】核形成面からエピタキシャル成長したワイヤの斜視図である。
【図３Ａ】下から順に、成長面、上中間面及び核形成面を分解した斜視図である。
【図３Ｂ】下から順に、成長面、上中間面及び核形成面を分解した上面図である。
【図３Ｃ】核形成面からエピタキシャル化されたワイヤの斜視図である。
【図４Ａ】核形成構造の様々な変形例の横断面における部分概略図である。
【図４Ｂ】核形成構造の様々な変形例の横断面における部分概略図である。
【図４Ｃ】核形成構造の様々な変形例の横断面における部分概略図である。
【図４Ｄ】核形成構造の様々な変形例の横断面における部分概略図である。
【図４Ｅ】核形成構造の様々な変形例の横断面における部分概略図である。
【図４Ｆ】核形成構造の様々な変形例の横断面における部分概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図中及び残りの説明において、同じ参照符号は、同一または類似の要素を表す。さらに、図をより明確にするために、様々な要素は、一定の縮尺で描かれていない。さらに、様々な実施形態及び変形形態は互いに排他的ではなく、互いに組み合わせることができる。特記しない限り、用語の「実質的に」、「約」、「程度」は「〜１０％以内」、または、それが配向に関する場合は「〜１０°以内」を意味する。
【００２９】
本発明は、発光ダイオードまたはフォトダイオードを形成することを目的とした三次元半導体素子の核形成およびエピタキシャル成長に適した核形成構造に関する。
【００３０】
三次元半導体素子は、長手方向軸Δに沿った細長い形状を有することができ、すなわち、長手方向軸Δに沿った長手方向寸法は、横方向寸法よりも大きい。その場合には、三次元半導体素子は、「ワイヤ」、「ナノワイヤ」または「マイクロワイヤ」と呼ばれる。ワイヤの横方向の寸法、すなわち、長手方向軸Δに直交する平面内のワイヤの寸法は、１０ｎｍから１０μｍの間、例えば、１００ｎｍから１０μｍの間、好ましくは、１００ｎｍから５μｍの間である。ワイヤの高さ、すなわち長手方向軸Δに沿ったそれらの長手方向寸法は、横方向寸法よりも大きく、例えば、２倍、５倍、好ましくは、少なくとも１０倍大きい。
【００３１】
長手方向軸Δに直交する平面内のワイヤの断面は、様々な形状、例えば円形、楕円形、多角形、例えば、三角形、正方形、長方形、さらには、六角形の形状を有することができる。直径は、本明細書では、断面におけるワイヤの周囲に関連する量として定義される。それは、ワイヤの断面と同じ表面積を有するディスクの直径であり得る。局所直径は、長手方向軸Δに沿ったワイヤの所与の高さにおけるワイヤの直径である。平均直径は、ワイヤまたはその一部に沿った局部直径の平均、例えば算術平均である。
【００３２】
核形成構造は、基板の同一の単結晶材料によって画定される成長面上に置かれた複数のスタックを含み、各スタックは、結晶材料の中間部からエピタキシャル成長した遷移金属を含む材料からなる核形成部から形成される。この結晶材料は、基板の成長面からもエピタキシャル成長している。
【００３３】
エピタキシャルとは、エピタキシャル結晶材料が、核形成材料とエピタキシャル関係にある結晶格子または結晶構造を含むことを意味すると理解される。エピタキシャル関係とは、エピタキシャル結晶材料が、エピタキシャル結晶材料の面内の少なくとも１つの方向及びエピタキシャル結晶材料の面に直交する少なくとも１つの方向において、核形成材料の結晶格子の結晶学的配向に整列した結晶格子の結晶学的配向を有することを意味すると理解される。ここで、エピタキシャル結晶材料の面は、核形成面に平行なエピタキシャル結晶材料の成長する成長面である。配向は、好ましくは３０°以内、さらには１０°以内に達成される。これは、エピタキシャル結晶材料の結晶格子と核形成材料の結晶格子との間に、配向および結晶学的位置の完全な一致があるという事実によって表される。好ましくは、エピタキシャル結晶材料は、格子パラメータａ１とする核形成材料との格子不整合ｍ＝（ａ２−ａ１）／ａ１＝Δａ／ａ１が２０％以下であるような成長面で測定された格子パラメータａ２を有する。
【００３４】
一般に、結晶（単結晶または多結晶）材料は、結晶格子を有し、その単位格子は、特に、ａ、ｂ、ｃで示される一組の結晶軸または原始ベクトルによって定義される（しかしながら、特に、結晶格子が六方晶系のものである場合には、単位格子は３つより多い結晶軸を用いて定義されてもよい）。純粋に例示として、結晶材料は、例えば、面心立方型のような様々な種類の構造を有してもよく、その成長方向は、例えば、［１１１］方向（又は、方向の全体の族であれば＜１１１＞方向）に沿って配向される。六方晶型の場合には、例えば、［０００１］方向に沿って配向される。多結晶材料は、粒界によって互いに分離されたいくつかの結晶から形成された材料を意味すると理解される。
【００３５】
したがって、結晶材料が核形成材料からエピタキシャル成長されるとき、すなわち、エピタキシャル成長によって形成されるとき、これら２つの結晶材料の間のエピタキシャル関係は、次のような事実によって表される。すなわち、エピタキシャル材料の面において、エピタキシャル材料の結晶格子の少なくとも１つの結晶軸、例えば、ａｅ及び／又はｂｅと、エピタキシャル材料の面に直交する少なくとも１つの結晶軸、例えば、ｃｅとは、それぞれ実質的に、核形成材料の結晶格子の結晶軸ａｎ及び／又はｂｎと、ｃｎとに平行である。
【００３６】
さらに、本発明の場合のように核形成結晶材料が単結晶である場合には、軸ａｎ、ｂｎ、ｃｎは、それぞれ核形成面の任意の点で互いに実質的に平行であり、言い換えると、複数の軸ａｎは、軸ｂｎ、ｃｎと同様に、核形成面の任意の点で互いに実質的に平行である。その結果、核形成面に平行なエピタキシャル材料の平面内で、エピタキシャル材料の複数の結晶軸ａｅ、複数の結晶軸ｂｅ、複数の結晶軸ｃｅは、それぞれ互いに実質的に平行である。
【００３７】
テクスチャ材料は、テクスチャ材料の面に対して垂直に配向された優先的な結晶学的方向を有するが、テクスチャ材料の面内において優先的な結晶学的方向を有さないという意味で、エピタキシャル材料は、テクスチャ材料の特定の場合である。さらに、テクスチャ材料の平面に直交する優先的な結晶学的方向は、核形成材料の結晶特性に依存しないか、または、それほど依存しない。
【００３８】
したがって、テクスチャ材料は、単一の好ましい結晶学的方向、例えば、軸ｃを有し、３つの好ましい方向を有さない。この場合には、テクスチャ材料の格子は、多結晶構造を有し、その様々な結晶ドメインは、粒界によって分離されており、全て同じ好ましい結晶軸ｃに沿って配向している。一方、成長面では互いに平行関係はない。言い換えれば、複数の結晶ドメインの複数の軸ｃは、互いに平行であるが、複数の軸ａは、軸ｂと同様に、互いに平行ではなく、実質的にランダムに配向されている。この好ましい結晶学的方向は、核形成材料の結晶特性に依存しない、または、それほど依存しない。したがって、単結晶、多結晶、さらには、非晶質構造を有する核形成材料から、テクスチャ材料を得ることが可能である。
【００３９】
図１Ａは、一実施形態による核形成構造１０の横断面の概略図である。
【００４０】
本明細書および残りの説明では、軸Ｘ及び軸Ｙが基板１１の主平面に平行な平面を形成し、軸Ｚが基板１１の平面に対して実質的に直交する三次元方向のマーカ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が定義されている。本明細書の残りの部分では、「垂直」及び「垂直な」の用語は、軸Ｚに実質的に平行な方向に関するものとして理解され、「水平」及び「水平な」の用語は、（Ｘ、Ｙ）平面に実質的に平行な方向に関するものとして理解される。さらに、「下方」および「上方」という用語は、＋Ｚ軸方向に沿って、基板１１から離れるにつれて増加する位置に関連すると理解される。
【００４１】
核形成構造１０は、以下を含む：
−単結晶材料で形成された成長面１３を含む基板１１、
−基板１１の成長面１３からエピタキシャル成長した中間結晶材料で形成され、反対側の表面が上部中間面１５と呼ばれる複数の中間部１４、
−上部中間面１５からエピタキシャル成長した遷移金属を含む材料からなり、それぞれが核形成面１７と呼ばれる反対側の表面を有する複数の核形成部１６。
【００４２】
基板１１は、上面を含み、その少なくとも一部は、成長面１３を形成し、そこからワイヤが形成されることを意図される表面である。それは、モノブロック構造であってもよく、あるいは、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）タイプの基板１１のような積層体から形成されてもよい。
【００４３】
それは、少なくとも成長面１３に単結晶の成長材料を含む。したがって、成長面１３では、成長材料は、単結晶から形成され、したがって、粒界によって互いに分離されたいくつかの結晶を含まない。単結晶材料の結晶格子は、特に、ここでは、純粋に例示として示された結晶軸ａＳ、ｂＳ、ｃＳによって定義される単位格子を有する。複数の結晶軸ａＳ、ｂＳ、ｃＳは、それぞれ、成長面１３の任意の点において互いに実質的に平行である。言い換えれば、複数の結晶軸ａＳは、成長面１３の任意の点において互いに実質的に平行である。結晶軸ｂＳ及びｃＳについても、それぞれ、同じことが当てはまる。
【００４４】
成長材料は、格子定数および構造の種類に関して、中間部１４の結晶材料のエピタキシャル成長に適した結晶学的性質を有する。従って、［１１１］方向に配向した面心立方晶系の結晶構造または［０００１］方向に配向した六方晶系の結晶構造を有することが好ましい。同様に好ましくは、中間部１４の材料との格子不整合ｍ＝Δａ／ａＳが２０％以下であるような格子パラメータａＳを有する。
【００４５】
成長材料は、周期律表のＩＩＩ族からの少なくとも１つの元素およびＶ族からの少なくとも１つの元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物またはＩＶ族元素またはＩＶ族化合物から選択される半導体単結晶材料でもよい。例として、それは、シリコン、ゲルマニウム、炭化ケイ素でもよい。それは、有利には、導電性であり、そして、有利には金属のものと類似の、好ましくは、数ｍΩ・ｃｍ以下の電気抵抗を有する。基板１１の材料は、例えば、５×１０１６原子／ｃｍ３〜２×１０２０原子／ｃｍ３のドーパント濃度で、高度にドープされていてもよい。
【００４６】
この例では、基板１１の成長材料は、面心立方結晶構造を有するｎ型高ドープ単結晶シリコンであり、その成長面は方向［１１１］に沿って配向されており、その格子定数ａＳは約３．８４オングストローム（Å）である。
【００４７】
核形成構造１０は、複数の中間部１４を含む。各中間部１４は、成長面１３からエピタキシャル成長している。具体的には、中間部１４は、成長面１３からエピタキシャル成長した中間結晶材料からなる。中間結晶材料は、上部中間面１５と呼ばれる反対側の面を画定する。
【００４８】
中間結晶材料は、成長材料の結晶格子とエピタキシャル関係にある結晶格子を含む。中間結晶材料の結晶格子は、特に、ここで例示として示されるその結晶軸ａｉ、ｂｉ、ｃｉによって定義される単位格子を有する。したがって、結晶格子は、中間結晶材料の面内の少なくとも１つの方向において、成長材料の結晶軸ａＳ、ｂＳに整列した結晶軸ａｉ、ｂｉを有し、中間結晶材料の面に直交する少なくとも１つの方向において、成長材料の結晶軸ｃＳに整列した結晶軸ｃｉを有する。これは、結晶軸ｂＳ及びｃＳに対する結晶軸ｂｉ及びｃｉの関係と同様に、結晶軸ａｉが上部中間面１５の任意の点で結晶軸ａＳと実質的に平行であるという事実によって表される。さらに、中間結晶材料が単結晶であるか多結晶であるかにかかわらず、成長面の単結晶材料とのエピタキシャル関係のために、各結晶軸ａｉ、ｂｉ、ｃｉは、上部中間面１５の任意の点で実質的に同一である。言い換えれば、複数の結晶軸ａｉは、実質的に同一であり、すなわち、結晶軸ｂｉ及びｃｉとそれぞれ同様に、上部中間面１５の任意の点で互いに平行である。
【００４９】
中間結晶材料は、格子定数及び結晶構造の種類に関して、結晶学的性質を有しているので、基板１１の成長材料からエピタキシャル成長させるのに適している。さらに、上部中間面１５からの遷移金属を含む材料で作られた核形成部１６のエピタキシャル成長を可能にするのに適している。成長材料との格子不整合が２０％以下となるような格子定数を有することが好ましい。さらに、結晶構造の種類は、その結晶軸ａｉ、ｂｉ、ｃｉがそれぞれ成長材料の軸ａＳ、ｂＳ、ｃＳと平行であるようなものである。結晶構造は、［１１１］方向に沿って配向した面心立方型、または、［０００１］方向に沿って配向した六方晶系、または、［１１１］方向に沿って配向した斜方晶系のものであってもよい。
【００５０】
中間結晶材料は、窒化アルミニウムＡｌＮ、窒化ガリウムＧａＮ、窒化アルミニウムガリウムＡｌＧａＮなどのＩＩＩ−Ｖ化合物、窒化ケイ素ＳｉＮなどのＩＶ−Ｖ化合物、ＺｎＯなどのＩＩ−ＶＩ化合物、または、ＳｉＣなどのＩＶ元素若しくはＩＶ化合物から選択される材料であり得る。酸化マグネシウムＭｇＯ、酸化ハフニウムＨｆＯ２、酸化ジルコニウムＺｒＯ２、酸化チタンＴｉＯ２または酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３から選択される材料でもよい。それは、例えば、窒化マグネシウム、Ｍｇ３Ｎ２でもよい。有利には、それは導電性である。
【００５１】
この例では、中間結晶材料は、約３．１１オングストローム（Å）の格子定数を有する窒化アルミニウムＡｌＮ、および、その成長面が［０００１］方向に沿って配向している六方型結晶構造である。
【００５２】
中間部１４は、ここでは互いに分離しているブロックである。変形例として、それらは、全く同一の中間結晶材料から作られた全く同一の連続層の区域であってもよい。層は、結晶材料の領域を意味すると理解され、軸Ｚに沿ったその厚さは、平面（Ｘ、Ｙ）におけるその縦幅および長さ寸法よりも、例えば、１０倍または２０倍も小さい。ブロックは、結晶材料の体積を意味すると理解され、その厚さがその長手方向の幅および長さ寸法よりも小さいか、それに等しいか、さらには、それより大きく、その長手方向寸法は層のそれよりも小さくてもよい。
【００５３】
中間部１４は、平面（Ｘ、Ｙ）内で、数十ナノメートルから数ミクロン、例えば、２０ｎｍから２０μｍ、好ましくは、２００ｎｍから１０μｍ、さらに好ましくは、８００ｎｍから５μｍ、例えば、１μｍまたは１．５μｍの平均寸法を有する。それは、有利には、核形成部１６との界面におけるワイヤの局所直径よりも大きい。それらは、さらに、数ナノメートルから数百ナノメートルのオーダー、例えば、５ｎｍから５００ｎｍの間、好ましくは、１０ｎｍから１００ｎｍの間、例えば、２０ｎｍのオーダーの厚さを有する。
【００５４】
核形成構造１０は、複数の核形成部１６を含む。各核形成部１６は、少なくとも１本のワイヤ、好ましくは、単一のワイヤの核形成およびエピタキシャル成長を可能にすることを目的としている。各核形成部１６は、上部中間面１５からエピタキシャル成長している。より具体的には、それは、上部中間面１５からエピタキシャル成長した核形成結晶材料から形成される。それは、上部中間面１５とは反対側に、核形成面１７と呼ばれる面を形成する。
【００５５】
核形成結晶材料は、中間結晶材料の結晶格子とエピタキシャル関係にある結晶格子を含む。核形成結晶材料の結晶格子は、特に、ここで純粋に例示として示されるその結晶軸ａｎ、ｂｎ、ｃｎによって定義される単位格子を有する。したがって、その結晶格子は、上部中間面１５において、材料の面内に配向された少なくとも１つの結晶軸ａｉ、ｂｉに整列した結晶軸ａｎ、ｂｎと、材料の面に対して直角に配向された少なくとも１つの結晶軸ｃｉに整列した結晶軸ｃｎを有する。これは、結晶軸ｂｉ及びｃｉに対する結晶軸ｂｎ及びｃｎの関係と同様に、結晶軸ａｎが核形成面１７の任意の点で上部中間面１５の結晶軸ａｉと実質的に平行であるという事実によって表される。さらに、核形成結晶材料が単結晶であろうと多結晶であろうと、各結晶軸ａｎ、ｂｎ、ｃｎは核形成面１７の任意の点で同一である。言い換えれば、複数の結晶軸ａｎは、結晶軸ｂｎ及びｃｎとそれぞれ同様に、核形成面１７の任意の点において同一であり、すなわち互いに平行である。
【００５６】
核形成結晶材料は、格子定数及び構造の種類に関して、中間結晶材料からエピタキシャルできるような結晶学的性質を有する。さらに、核形成面１７から出発してワイヤをエピタキシャル成長させるのにも適している。したがって、好ましくは、それは、中間結晶材料との格子不整合が２０％以下であるような格子定数を有する。さらに、結晶構造の種類は、その結晶軸ａｎ、ｂｎ、ｃｎがそれぞれ中間結晶材料の軸ａｉ、ｂｉ、ｃｉと平行であり得るようなものである。結晶構造は、［１１１］方向に沿って配向した面心立方型でも、［０００１］方向に沿って配向した六方晶系でも、［１１１］方向に沿って配向した斜方晶系でもよい。
【００５７】
核形成結晶材料は、遷移金属を含み、すなわち遷移金属から形成されてもよいし、または、遷移金属を含む化合物、例えば、遷移金属の窒化物、または、遷移金属の炭化物から形成されてもよい。遷移金属、並びにその窒化物および炭化物は、特に、金属の導電性と同様に、良好な導電性という利点を有する。核形成結晶材料は、チタンＴｉ、ジルコニウムＺｒ、ハフニウムＨｆ、バナジウムＶ、ニオブＮｂ、タンタルＴａ、クロムＣｒ、モリブデンＭｏ及びタングステンＷ、これらの元素の窒化物ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＭｏＮ、若しくは、ＷＮ、または、これらの元素の炭化物ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＣｒＣ、ＭｏＣ、ＷＣから選択することができる。遷移金属窒化物及び炭化物は、５０％以上の原子割合の遷移金属を含んでもよい。好ましくは、核形成結晶材料は、チタンの窒化物ＴｉＮ、ジルコニウムの窒化物ＺｒＮ、ハフニウムの窒化物ＨｆＮ、バナジウムの窒化物ＶＮ、ニオブの窒化物ＮｂＮ、タンタルの窒化物ＴａＮ、クロムの窒化物ＣｒＮ、モリブデンの窒化物ＭｏＮ若しくはタングステンの窒化物ＷＮ、または、チタンの炭化物ＴｉＣ、ジルコニウムの炭化物ＺｒＣ、ハフニウムの炭化物ＨｆＣ、バナジウムの炭化物ＶＣ、ニオブの炭化物ＮｂＣ若しくはタンタルの炭化物ＴａＣから選択される。好ましくは、核形成材料は、チタンの窒化物ＴｉＮ若しくは炭化物ＴｉＣ、ジルコニウムの窒化物ＺｒＮ若しくは炭化物ＺｒＣ、ハフニウムの窒化物ＨｆＮ若しくは炭化物ＨｆＣ、バナジウムの窒化物ＶＮ若しくは炭化物ＶＣ、ニオブの窒化物ＮｂＮ若しくは炭化物ＮｂＣ、または、タンタルの窒化物ＴａＮ若しくは炭化物ＴａＣから選択される。好ましくは、核形成材料は、チタンの窒化物ＴｉＮ、ジルコニウムの窒化物ＺｒＮ、ハフニウムの窒化物ＨｆＮ、ニオブの窒化物ＮｂＮ若しくはタンタルの窒化物ＴａＮから選択される。好ましくは、核生成材料は、ハフニウムの窒化物ＨｆＮまたはニオブの窒化物ＮｂＮから選択される。
【００５８】
核形成部１６は、平面（Ｘ、Ｙ）において、数十ナノメートルから数ミクロン、例えば、２０ｎｍから２０μｍ、好ましくは、２００ｎｍから１０μｍ、そしてさらに好ましくは、８００ｎｍから５μｍ、例えば、１μｍから３μｍのオーダーである。それは、有利には核形成部１６との界面におけるワイヤの局所直径よりも大きい。それらはさらに、数ナノメートルから数百ナノメートルのオーダー、例えば、５ｎｍから５００ｎｍの間、好ましくは、１０ｎｍから１００ｎｍの間、例えば、２０ｎｍのオーダーの厚さを有する。
【００５９】
核形成部１６は、ここでは、同じ核形成結晶材料から形成された１つの同じ連続層の区域である。変形例として、核形成部１６は、互いに分離しているブロックであってもよい。
【００６０】
核形成部１６は、ここでは、中間部１４と接触しており、これらを上部中間面１５において覆っている。連続層は、基板１１の成長面１３と接触して配置された注入部２０をさらに含む。注入部２０は、核形成部１６と接触している。この例では、各注入部２０は、隣接する核形成部１６と接触している。変形例として、各核形成部１６は、これらが同一の連続層に属さずに、例えば、外周面で成長面１３と接触した注入部２０と接触してもよい。
【００６１】
注入部２０と接触する核形成部１６のこの構成は、中間結晶材料が電気絶縁性であるか、または核形成結晶材料のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有するときに特に有利である。したがって、電荷キャリアは、注入部２０を通過することによって基板１１から核形成部１６に注入され得る。これは、基板１１が、好ましくは、高濃度にドープされているシリコンから形成されている場合、及び、中間部１４がＡｌＮから形成されている場合に特に当てはまる。
【００６２】
核形成構造１０は、核形成面１６を覆う誘電体層をさらに含んでもよく、核形成面上に局所的に開口する開口部１９からのワイヤのエピタキシャル成長を可能にする成長マスク１８を形成する。誘電体層は、例えば、酸化ケイ素（例えば、ＳｉＯ２）もしくは窒化ケイ素（例えば、Ｓｉ３Ｎ４もしくはＳｉＮ）、または、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウムもしくは酸化ハフニウムなどの電気絶縁材料からなる。
【００６３】
核形成構造１０は、また、基板１１と接触する第１の分極電極３Ａを備えることができ、ここでは、例えばその後面において導電性である。それは、アルミニウムまたは他の任意の適切な材料から作られてもよい。
【００６４】
図１Ｂは、放射状に配置された発光ダイオード２を有する光電子デバイス１の横断面の概略図であり、光電子デバイス１は、エピタキシャル成長によって形成された発光ダイオード２の三次元半導体素子、ここではワイヤ、が形成された核形成構造１０を備えている。
【００６５】
各発光ダイオード２は、成長面１３の平面（Ｘ、Ｙ）に対して実質的に直交する方向を向いた長手方向軸Δに沿って核形成部１６から延びる第１の三次元半導体素子、ここではワイヤを含む。各発光ダイオード２は、活性領域３２及び第２のドープ部３３、並びに、第２のドープ部３３と接触している第２の分極電極３Ｂの層をさらに含む。
【００６６】
ワイヤは、基板１１上に載っており、核形成部１６と接触している。それは、長手方向軸Δに沿って延び、コア／シェル構成で発光ダイオード２のコアを形成する。
【００６７】
ワイヤは、核形成面１７からエピタキシャル成長した結晶材料から形成される。ワイヤの材料は、核形成結晶材料の結晶格子とエピタキシャル関係にある結晶格子を含む。ワイヤの材料の結晶格子は、特に、ここで純粋に例示として示される結晶軸ａｆ、ｂｆ、ｃｆによって定義される単位セルを有する。ワイヤの材料の結晶軸ａｆ、ｂｆ、ｃｆは、それぞれ、核形成面１７における核形成結晶材料の結晶軸ａｎ、ｂｎ、ｃｎと実質的に平行である。言い換えれば、結晶軸ａｆは、核形成面１７の結晶軸ａｎと平行である。結晶軸ｂｎ及びｃｎに対する結晶軸ｂｆ及びｃｆについても同様である。さらに、結晶軸ａｎ、ｂｎ、ｃｎが１つの核形成面１７から、次の核形成面１７にそれぞれ同一である限り、各結晶軸ａｆ、ｂｆ、ｃｆは、１つのワイヤから次のワイヤに同一である。言い換えれば、複数の結晶軸ａｆは同一であり、すなわち、１つのワイヤから次のワイヤへ互いに平行である。結晶軸ｂｎ及びｃｎについても同様である。 したがって、ワイヤは、結晶格子の配向および位置に関して、実質的に同一の結晶学的特性を有する。したがって、光電子デバイス１は、ワイヤ内に実質的に均一な結晶学的特性を有し、これは、発光ダイオード２の電気的特性及び／または光学的特性を均一化するのに役立つ。
【００６８】
ワイヤの材料は、核形成結晶材料からエピタキシャル化され得るように、格子定数及び構造の種類に関して結晶学的特性を有する。従って、ワイヤの材料は、核形成結晶材料との格子不整合が２０％以下であるような格子定数を有する。さらに、結晶構造の種類は、その結晶軸ａｆ、ｂｆ、ｃｆがそれぞれ核形成結晶材料の軸ａｎ、ｂｎ、ｃｎと平行であるようなものである。結晶構造は、［１１１］方向に沿って配向した面心立方型でも、［０００１］方向に沿って配向した六方晶系でも、［１１１］方向に沿って配向した斜方晶系でもよい。
【００６９】
ワイヤの材料は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、特に、ＩＩＩ−Ｎ化合物からか、ＩＩ−ＶＩ族化合物、または、ＩＶ族の化合物若しくは元素から選択され得る第１の半導体化合物から形成される。例として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、または、ＡｌＩｎＧａＮなどの化合物、あるいは、ＡｓＧａ、または、ＩｎＰなどの化合物あってもよい。ＩＩ−ＶＩ族化合物は、ＣｄＴｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＣｄＺｎＯ、ＣｄＺｎＭｇＯであってもよい。ＩＶ族元素または化合物は、Ｓｉ、Ｃ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＧｅＣでもよい。 ワイヤは、第１の導電型、ここでは、ｎ型に従って、第１のドープ部３１を形成する。
【００７０】
この例では、ワイヤは、特に、シリコンによってｎ型にドープされたＧａＮで形成されている。それは、［０００１］方向に配向した六方晶系の結晶構造を有する。その格子定数は、約３．１８９オングストローム（Å）である。それは、ここでは、１０ｎｍと１０μｍとの間、例えば、５００ｎｍと５μｍとの間の平均直径を有し、ここでは、実質的に５００ｎｍに等しい。ワイヤの高さは、１００ｎｍと１０μｍとの間、例えば、５００ｎｍと５μｍとの間であってもよく、ここでは、実質的に５μｍに等しい。
【００７１】
活性領域３２は、大部分の光放射が発光ダイオード２から放出される発光ダイオード２の部分である。それは、ワイヤ３１及び第２のドープ部３３のバンドギャップよりも低いバンドギャップを有する半導体化合物で形成された少なくとも１つの量子井戸を含んでもよい。ここで、それは、ワイヤの上の端と横の端を覆う。それは、障壁層の間に挿入された層または箱の形の単一の量子井戸または複数の量子井戸を含んでもよい。または、活性領域３２は、量子井戸を含まなくてもよい。ワイヤ３１及び第２のドープ部３３のバンドギャップと実質的に等しいバンドギャップを有してもよい。それは、意図的にドープされていない半導体化合物から形成されてもよい。
【００７２】
第２のドープ部３３は、少なくとも部分的に活性領域３２を覆い、そして取り囲む層を形成する。それは、第１のタイプとは反対の第２のタイプの導電性、すなわち、ここではｐタイプにドープされた第２の半導体化合物で形成されている。第２の半導体化合物は、ワイヤの第１の半導体化合物と同一であってもよいし、第１の半導体化合物及びさらに１つ以上の補足元素を含んでもよい。この例では、第２のドープ部３３は、特に、マグネシウムによってｐ型ドープされたＧａＮまたはＩｎＧａＮとしてもよい。第２のドープ部３３の厚さは、２０ｎｍから５００ｎｍの間であってもよいし、約１５０ｎｍに等しくてもよい。もちろん、第１のドープ部分３１と第２のドープ部分３３の導電型は逆でもよい。
【００７３】
第２のドープ部３３は、活性領域３２との界面に位置する電子阻止中間層（図示せず）をさらに含んでもよい。ここで、電子阻止層は、有利にはｐドープされたＩＩＩ−Ｎ三元化合物、例えば、ＡｌＧａＮまたはＡｌＩｎＮから形成されてもよい。活性領域３２における放射再結合のレベルを増加させることを可能にする。
【００７４】
ここで、第２の分極電極３Ｂは、第２のドープ部３３を覆い、発光ダイオード２に電気分極を印加するのに適している。それは、発光ダイオード２によって放出された光放射に対して実質的に透明な材料、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、または、ＺｎＯから形成される。それは、数ナノメートルから数十または数百ナノメートルのオーダーの厚さを有する。
【００７５】
したがって、２つの分極電極３Ａ、３Ｂによって順方向に電位差が発光ダイオード２に印加されると、発光ダイオード２は光放射を放射し、その放射スペクトルは所与の波長で強度ピークを有する。さらに、光電子デバイス１の発光ダイオード２に同じ電位差が印加されると、核形成構造１０のためにワイヤが実質的に均一である限り、様々な発光ダイオード２の間で発光スペクトルは実質的に均一になる。
【００７６】
図２Ａは、成長基板１１の斜視分解図であり、その上に遷移金属を含む材料で形成された核形成部１６が直接形成されている。図２Ｂは、成長面１３および核形成面１７の上面図である。図２Ｃは、核形成面１７からエピタキシャル成長されたワイヤの例である。
【００７７】
本発明者らは、中間部１４からではなく成長面１３から直接成長することによって形成される遷移金属を含む材料からなる核形成部１６がテクスチャ形成され、エピタキシャル成長されていないことを実証した。
【００７８】
図２Ａ及び図２Ｂが示すように、基板１１は、成長面１３に単結晶材料、例えば、面心立方構造のシリコンを含み、［１１１］方向に沿って配向されている。材料は単結晶であるので、結晶軸ａＳ、ｂＳ、ｃＳは、それぞれ成長面１３の任意の点において同じように配向される。
【００７９】
遷移金属を含む材料からなる核形成部１６は、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）型プロセスまたはスパッタリング型プロセスによって成長面１３から成長することによって形成される。核形成結晶材料は、テクスチャ形成されており、エピタキシーされていないようである。それ故、それは、材料の面に直角に配向された有利な方向、すなわち、ここでは核形成面１７の任意の点で同一に配向された結晶軸ｃｎを有する。一方、結晶軸ａｎ及びｂｎは、核形成面１７のいずれの点においてもそれぞれ平行ではない。結晶軸ｃｎは、基板１１の単結晶材料の結晶構造に依存しないか、またはそれにあまり依存しない。
【００８０】
図２Ｃに示すように、ここでは、ＭＯＣＶＤによってエピタキシャル成長させたＧａＮでできているワイヤは、すべて、１つの同じ成長方向を有し、この方向は結晶軸ｃｎと実質的に平行である。他方、ワイヤの六角形の形状は、あるワイヤから次のワイヤへと同一の態様で配向されていないように見え、これは、結晶軸ａｆ及びｂｆがそれぞれ１つのワイヤから同一の態様で配向されないという事実を表す。その場合、ワイヤは、ワイヤごとに異なる結晶学的特性を有し、これは、発光ダイオード２の電気的特性及び／または光学的特性に一定の不均一性をもたらし得る。
【００８１】
図３Ａは、成長基板１１の斜視分解図であり、基板１１上に中間部１４があり、次に遷移金属を含む材料で作られたエピタキシャル核形成部１６がある。図３Ｂは、成長面１３、上部中間面１５及び核形成面１７の上面図である。図３Ｃは、核形成面１７からエピタキシャルされたワイヤの例である。
【００８２】
したがって、本発明者らは、驚くべきことに、遷移金属を含む材料で作られた核形成部１６が、基板１１の単結晶成長面１３から直接形成されずに、エピタキシャル成長された中間層から形成された場合に、テクスチャ形成だけではなく、エピタキシャル成長されることを実証した。
【００８３】
図３Ａ及び図３Ｂが示すように、基板１１は、成長面１３に単結晶材料、例えば、［１１１］方向に沿って配向された面心立方構造のシリコンを含む。材料は単結晶であるので、結晶軸ａＳ、ｂＳ、ｃＳは、それぞれ成長面１３の任意の点において同じように配向される。
【００８４】
中間部１４は、例えば、ＭＯＣＶＤまたはスパッタリングによる成長面１３からのエピタキシャル成長によって形成される。この場合、中間結晶材料の結晶格子は、上部中間面１５の任意の点において、それぞれ同じように配向された結晶軸ａｉ、ｂｉ、ｃｉを有する。
【００８５】
図２Ａ〜図２Ｃに示された例とは異なり、例えば、ＭＯＣＶＤまたはスパッタリングによって形成された遷移金属を含む材料で作られた核形成部１６は、その後、テクスチャ形成だけではなく、エピタキシャル成長される。したがって、結晶軸ａｎ、ｂｎ、ｃｎは、それぞれ、核形成面１７の任意の点で同じように配向されている。
【００８６】
図３Ｃが示すように、ここでは、ＭＯＣＶＤによってエピタキシャル成長させたＧａＮでできているワイヤはすべて、１つの同じ成長方向を有し、この方向は、結晶軸ｃｎと実質的に平行である。さらに、ここでは、ワイヤの六角形の形状がすべてのワイヤに対して同一に配向されていることが明らかであり、これは、結晶軸ａｆ及びｂｆがそれぞれ１本のワイヤから次のワイヤへ同一の方法で配向されるという事実を表す。ワイヤは、あるワイヤから次のワイヤまで実質的に同一の結晶学的特性を有し、それは、発光ダイオード２の電気的及び／または光学的特性のより良好な均一性をもたらし得る。
【００８７】
核形成部１６が実際にエピタキシャル成長しているという事実は、多結晶の核形成部１６の場合には結晶ドメイン、単結晶の核形成部１６の場合には表面の様々なゾーンにおいて、核形成面の結晶学的配列の存在を確認する目的で、φ角を走査したＸ線ダイアグラムを用いて確認することができる。
【００８８】
φ軸に沿ったＸ線回折パターンは、非対称線、すなわち、核形成面に対して垂直ではない結晶学的方向に対応する線を有する回折ピーク上に実現される。φ軸に沿ったＸ線回折走査は次のようにして行うことができる。着目する平面を回折位置に配置するために、２θ及びω角は固定される。走査はφ角に沿って行われ、φ角は０°から３６０°まで変化し得る。エピタキシャル材料の場合、結晶ドメインは核形成面の平面内に優先的な結晶学的配向を有する。その場合、φ走査はいくつかの回折ピークを有する。回折ピークの数は、面内の結晶の対称性に関連している。他方、テクスチャ形成された多結晶材料の場合、結晶ドメインは面内に優先的な結晶学的配向を有さない。その場合、φ走査は回折ピークを有さない。
【００８９】
図１Ａに示されるような核形成構造１０を製造するためのプロセスの例がここで説明される。この例では、核形成構造１０は、ＭＯＣＶＤによるｎドープＧａＮからなるワイヤの核形成及びエピタキシャル成長を可能にするのに適している。
【００９０】
第１の工程の間、成長基板１１が供給され、その材料は、少なくとも成長面１３において単結晶である。この例では、基板１１はシリコン製であり、その構造は、面心立方型であり、［１１１］方向に沿って配向されている。成長面１３の面内のその格子定数は、３．８４オングストローム（Å）のオーダーである。
【００９１】
第２の工程中に、複数の中間部１４が互いに分離して成長面１３からエピタキシャル成長したブロックの形状に形成される。
【００９２】
このために、まず、成長基板１１の上面に中間結晶材料の層のエピタキシャル成長が行われる。中間結晶材料は、単結晶でも多結晶でもよい結晶材料であり、その結晶格子は基板１１の結晶格子とエピタキシャル関係にある。
【００９３】
中間結晶材料は、化学気相成長（ＣＶＤ）型の方法、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）型のプロセス、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）型のプロセス、ハイブリッド蒸気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）型のプロセス、原子層エピタキシー（ＡＬＥ）型のプロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）型のプロセス、または、蒸着あるいはスパッタリングによって堆積させることができる。
【００９４】
この例では、中間結晶材料は窒化アルミニウムであり、その結晶構造は六方晶系であり、方向［０００１］に沿って配向している。（Ｘ、Ｙ）平面におけるその格子定数は３．１１オングストローム（Å）のオーダーである。中間層は、例えば、０．５ｎｍまたは１ｎｍと、１００ｎｍとの間、好ましくは、２ｎｍと５０ｎｍとの間の厚さを有し、約２５ｎｍに等しくてもよい。
【００９５】
この例では、中間結晶材料はＭＯＣＶＤによって堆積される。Ｖ族元素のモル流量に対するＩＩＩ族元素のモル流量の比、すなわち、ここでは、Ｎ／Ａｌ比として定義される名目上のＶ／ＩＩＩ比は、２００と１０００との間である。圧力は７５トール程度である。基板１１で測定された成長温度Ｔは、例えば、核形成段階では、７５０℃以上であり、次いで、成長段階では９５０℃程度である。
【００９６】
次に、従来のフォトリソグラフィ及びエッチング技術によって、別々のブロックの形で、複数の中間部１４を形成するために、中間結晶材料の連続層をエッチングすることが行われる。中間部１４の（Ｘ、Ｙ）平面における横方向の寸法は、１００ｎｍから１０μｍの間、例えば、約１μｍであり得る。
【００９７】
このようにして、上部中間面１５における中間結晶材料の結晶軸ａｉ、ｂｉ、ｃｉは、それぞれ、結晶軸ａＳ、ｂＳ、ｃＳと平行である。成長材料は単結晶であるので、各結晶軸ａｉ、ｂｉ、ｃｉは上部中間面１５の任意の点で平行であることになる。
【００９８】
第３の工程中に、中間部１４の上部中間面１５からの核形成部１６のエピタキシャル成長が行われる。
【００９９】
この例では、中間部１４は１つの同じ連続層の区域である。核形成層は、スパッタ堆積技術によって形成することができ、その成長温度は、有利には、周囲温度、例えば、２０℃と、１０００℃との間である。驚くべきことに、核形成層は、例えば２０℃の周囲温度と、５００℃との間、例えば、４００℃に実質的に等しい温度における成長温度でスパッタリングにより堆積されるときにもエピタキシャル成長する。電力は、４００Ｗ程度でもよい。中間部１４の結晶学的性質を変えないようにするために、圧力は、８×１０−３トール程度でよい。核形成結晶材料は、遷移金属を含み、例えば、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデンまたはタングステンの窒化物でもよい。核形成部１６は、例えば、０．５ｎｍまたは１ｎｍと、１００ｎｍとの間、好ましくは、２ｎｍと５０ｎｍとの間の厚さを有し、約２５ｎｍに等しくてもよい。
【０１００】
このようにして、遷移金属を含む材料からなる核形成層が得られ、それは上部中間面１５からエピタキシャル成長した核形成部１６と、成長面１３から形成された注入部２０とから形成される。注入部２０は、プロセスの品質に有害であることなく、一般に、エピタキシャルではなく、テクスチャ形成されている。
【０１０１】
したがって、核形成面１７における核形成材料の結晶軸ａｎ、ｂｎ、ｃｎは、それぞれ、上部中間面１５における結晶軸ａｉ、ｂｉ、ｃｉ、及び、成長面１３における結晶軸ａＳ、ｂＳ、ｃＳと平行である。成長材料は、単結晶であるので、各結晶軸ａｎ、ｂｎ、ｃｎは、核形成面１７の任意の点で平行であることになる。他方、各結晶軸ｂｎ、ｃｎは、注入部２０において、必ずしも同一ではなく、すなわち、平行でない。
【０１０２】
有利には、核形成部１６が多結晶材料で形成されている場合には、単結晶の核形成結晶材料を得るために結晶化アニーリングのステップを実行することができる。アニーリングは、核形成結晶材料の結晶化温度に実質的に対応するアニーリング温度、すなわち、ここでは、遷移金属窒化物の場合には、約１６２０℃で実施することができる。しかしながら、驚くべきことに、核形成結晶材料の結晶化は、結晶化温度より低いアニーリング温度、例えば、６００℃から１６２０℃、好ましくは、８００℃と１２００℃との間の温度範囲、例えば、約１０００℃でもなし得る。アニーリングは、例えば、１分を超える、好ましくは、５分を超える、または１０分を超える、例えば、２０分の持続時間にわたって実施することができる。窒素（Ｎ２）及びアンモニア（ＮＨ３）の流れの下で実施することができる。圧力は７５トール程度でもよい。
【０１０３】
この例では、プロセスは、成長マスク１８を堆積する追加のステップを含む。このために、核形成層を覆うように誘電材料の層が堆積され、次いで、貫通開口１９が核形成面１７上に局所的に開口するように形成される。誘電体材料は、例えば、酸化ケイ素（例えば、ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）、または、２つの異なる誘電体材料の積層体であってもよい。それは、核形成部１６の材料まで、選択的にエッチングされてもよい。誘電体層は、例えば、５０ｎｍと２００ｎｍとの間、例えば、１００ｎｍの厚さを有し、（Ｘ、Ｙ）平面内の開口部１９の横方向寸法は、例えば、１００ｎｍと１０μｍとの間であり、 約５００ｎｍに等しくてもよい。好ましくは、開口部１９の横方向寸法は、核形成部１６の横方向寸法よりも小さく、例えば、少なくとも１／２よりも小さい。
【０１０４】
こうして、図１Ａに示すような核形成構造１０が得られ、これは図１Ｂに示すように発光ダイオード２のワイヤの核形成及びエピタキシャル成長を可能にするのに適している。
【０１０５】
次に、図１Ｂに示すように、複数の発光ダイオード２を製造する方法の一例を説明する。
【０１０６】
第１のステップの間、ワイヤは、成長マスク１８の開口部１９を通って、核形成面からのエピタキシャル成長によって最初に形成される。
【０１０７】
成長温度は、第１の値Ｔ１、例えば、９５０℃と１１００℃の間、そして、特に、９９０℃と１０６０℃の間にされる。名目上のＶ／ＩＩＩ比、ここでは、Ｎ／Ｇａ比は、１０と１００との間、例えば、ほぼ３０に等しい第１の値（Ｖ／ＩＩＩ）１を有する。ＩＩＩ族及びＶ族からなる元素は、エピタキシャル反応器に注入された前駆体、例えば、ガリウムについては、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、窒素については、アンモニア（ＮＨ３）から誘導される。Ｈ２／Ｎ２比は、６０／４０以上、好ましくは、７０／３０以上、または、さらにそれ以上、例えば、実質的に９０／１０に等しい第１の値（Ｈ２／Ｎ２）１を有する。圧力は、約１００ミリバールに設定することができる。
【０１０８】
こうして、核形成面１７から長手方向軸Δに沿って延びるワイヤの形状を有する第１のドープ部３１が得られる。第１のドープ部３１の第１の半導体化合物、ここでは、ＧａＮは、シリコンによってｎ型にドープされている。ここで、第１のｎドープ部３１は、約５μｍの高さ及び約５００ｎｍの平均直径を有する。
【０１０９】
第１のｎドープ部３１の横方向縁部を覆う誘電体層の形成は、文献ＷＯ２０１２／１３６６６５に記載されているものと同一または類似のプロセスに従って、第１のドープ部３１の形成と同時に実行することができる。このために、追加元素の前駆体、例えば、シリコンの場合には、シラン（ＳｉＨ４）が、ガリウム前駆体のケイ素前駆体に対するモル流量の比が、好ましくは、５００と５０００との間で前述の前駆体に注入される。このようにして、ここでは、その全高さにわたって第１のｎドープ部３１の横方向縁部を被覆する、厚さ１ｎｍ程度の、例えば、Ｓｉ３Ｎ４の窒化ケイ素の層が得られる。
【０１１０】
ここで得られるのは、実質的に同じ結晶学的性質を有する核形成面からワイヤの核形成が行われている限り、その結晶学的性質は実質的に同一である核形成面からエピタキシャルされた複数のワイヤである。
【０１１１】
第２ステップの間、活性領域３２はワイヤの露出面から、すなわち横方向誘電体層によって覆われていない面からのエピタキシャル成長によって形成される。
【０１１２】
より具体的には、障壁層と、量子井戸とを形成する少なくとも１つの層との積層体が形成され、この積層体は、エピタキシャル成長の方向に交互になっている。量子井戸及び障壁層を形成する層は、量子井戸層および障壁層に対して異なる原子比率を有するＩｎＧａＮから形成されてもよい。一例として、量子井戸内の電荷キャリアの量子閉じ込めを改善するために、障壁層は、約１８原子％に等しいｘを有するＩｎｘＧａ（１−ｘ）Ｎから形成られ、量子井戸層は、ｘよりも大きく、例えば、２５原子％程度のｙを有するＩｎｙＧａ（１−ｙ）Ｎから形成される。
【０１１３】
障壁層および量子井戸層の形成は、値Ｔ２に実質的に等しい成長温度値Ｔ３、すなわち、ここでは、７５０℃で実施することができる。Ｖ／ＩＩＩ比は、（Ｖ／ＩＩＩ）２値と実質的に等しい（Ｖ／ＩＩＩ）３値を有する。Ｈ２／Ｎ２比は、障壁層の形成中の（Ｈ２／Ｎ２）２値と実質的に等しい値を有し、量子井戸層の形成中の（Ｈ２／Ｎ２）２値より実質的に低い値、例えば、１／９９を有する。圧力は変わらない。これにより、およそ１８原子％のインジウムを含むＩｎＧａＮからなる障壁層と、およそ２５原子％のインジウムを含むＩｎＧａＮからなる量子井戸層とが得られる。
【０１１４】
第３のステップの間、第２のｐドープ部３３は、少なくとも部分的に活性領域３２を覆い、そして、取り囲むようにエピタキシャル成長によって形成される。
【０１１５】
このために、成長温度は、値Ｔ３よりも高い第４の値Ｔ４、例えば、８８５℃程度にされてもよい。Ｖ／ＩＩＩ比は、（Ｖ／ＩＩＩ）３値よりも大きい第４の値（Ｖ／ＩＩＩ）４、例えば、４０００程度にすることができる。Ｈ２／Ｎ２比は、（Ｈ２／Ｎ２）２値よりも大きい第４の値（Ｈ２／Ｎ２）４、例えば、１５／８５程度にされる。最後に、圧力を３００ミリバールのオーダーの値に下げることができる。
【０１１６】
例えば、ｐ型ドープＧａＮ、または、ＩｎＧａＮからなる第２のｐドープ部３３がこのようにして得られ、それは、ここでは、連続的に活性領域３２を覆い、そして、取り囲む。したがって、第２のｐドープ部３３及び活性領域３２は、コア／シェル構成の発光ダイオード２のシェルを形成する。
【０１１７】
最後に、第２の分極電極３Ｂを第２のｐドープ部３３の少なくとも一部と接するように成膜してもよい。第２の分極電極３Ｂは、ワイヤによって放出された光放射に対して透明な導電性材料から形成される。したがって、２つの分極電極３Ａ、３Ｂによるワイヤへの直接的な電位差の印加は、光放射の放出をもたらし、その放射スペクトル特性は、活性領域３２内の量子井戸の組成に依存する。
【０１１８】
このようにして、種々の発光ダイオード２の光学的及び／又は電子的特性の改善された均一性を有するワイヤード発光ダイオード２を有する光電子デバイス１が得られる。
【０１１９】
図４Ａから４Ｃは、図１Ａに示した核形成構造１０の様々な変形例の横断面における部分概略図である。
【０１２０】
図４Ａを参照すると、この変形例による核形成構造１０は、核形成部１６が互いに分離したブロックであり、同一の連続層の様々な区域ではないという点で、本質的に図１Ａに示したものと異なる。この例では、有利には、各核形成部１６に対して周辺の注入部２０を含み、注入部２０は、核形成部１６に接し、成長面１３と接触している。
【０１２１】
図４Ｂを参照すると、この変形による核形成構造１０は、核形成部１６と中間部１４との積み重ねが互いに分離したブロックを形成するという点で図１Ａに示したものと本質的に異なる。さらに、この構造は、上述の注入部２０のような注入部を含まない。核形成構造１０は、誘電材料からなる特定の層の形態の成長マスク１８を含まない。しかしながら、核形成面から局部的にワイヤの核形成及びエピタキシャル成長を確実にするために、基板は、露出されている、すなわち、中間部１４及び核形成部によって覆われていない成長面１３に誘電体領域４を含む。より具体的には、誘電体領域４は、露出した成長面１３から基板１１まで延在し、各中間部１４を、隣接する中間部１４に接続する。
【０１２２】
誘電体領域は、国際公開第２０１４／０６４３９５号パンフレットに記載されているプロセスを使用して、すなわち成長材料の窒化または酸化によって得ることができる。シリコン基板１１の場合、誘電体領域は、酸化シリコン（例えばＳｉＯ２）または窒化シリコン（例えばＳｉ３Ｎ４）で形成されている。この例では、中間部１４は有利にはドープされているＧａＮのような導電性材料から形成されている。
【０１２３】
図４Ｃを参照すると、この変形例による核形成構造１０は、本質的に中間部１４が同一の連続層２３の様々な区域であるという点で図１Ａに示されたものとは異なる。核形成部１６もまた同一の連続層２４の区域である。核形成面１７は、成長マスク１８の開口部１９によって境界が定められている。この例では、中間層２３は有利にはドープされているＧａＮのような導電性材料から形成されている。
【０１２４】
図４Ｄから図４Ｆは、図１Ａに示した核形成構造１０の他の変形例の横断面における部分概略図であり、核形成構造１０は遷移金属を含む材料でできた他の注入部を含む。
【０１２５】
図４Ｄを参照すると、この変形例による核形成構造１０は、ワイヤへの電荷キャリアの注入を改善することを目的とした上部注入部２１をさらに含むという点で図１Ａに示すものとは本質的に異なる。
【０１２６】
ここで、上部注入部２１は、注入部２０を覆い、かつ、核形成部１６の一部を覆っている。したがって、それらは、（Ｘ、Ｙ）平面内で核形成面を画定し、成長マスク１８によって貫通開口１９を画定するのを助ける。言い換えれば、第２の注入部は、貫通開口部１９で開口し、開口部の周縁部を部分的に画定する。したがって、ワイヤの核形成及びエピタキシャル成長の間、各ワイヤは貫通開口部１９の容積を占め、その結果、その横方向縁部で上部注入部２１と接触する。このようにして増加するのは、一方では遷移金属を含む材料で作られた部分の局所的な厚さであり、これは電荷キャリアの循環を改善し、他方では、ワイヤと遷移金属を含む材料で作られた部分との間の接触界面を改善する。導電性基板１１からワイヤへの電荷担体の注入が改善される。
【０１２７】
上部注入部２１は、ここでは、１つの同じ連続層の区域であるが、代替的に、それらは互いに分離したブロックの形態をとってもよい。それらは、遷移金属を含む全く同一の材料から形成されてもよく、または、遷移金属を含むいくつかの同一または異なる材料のスタックから形成されてもよい。
【０１２８】
ここで、上部注入部２１は、遷移金属を含む第２の材料から製造され、すなわち、遷移金属からなるか、または、遷移金属を含む化合物、例えば、遷移金属の窒化物または炭化物から形成されてもよい。遷移金属を含む第２の材料は、核形成部１６の材料と同一でも異なっていてもよく、有利には、核形成部１６の材料よりも低い電気抵抗率を有する。一例として、核形成結晶材料は、窒化タンタルＴａＮ、窒化ハフニウムＨｆＮ、窒化ニオブＮｂＮ、窒化ジルコニウムＺｒＮ、窒化チタンＴｉＮから選択することができ、上部注入部２１の材料、すなわち、遷移金属を含む第２の材料は、窒化チタンでもよい。
【０１２９】
上部注入部２１は、１ｎｍと１００ｎｍとの間、好ましくは、１ｎｍと５０ｎｍとの間、例えば、２５ｎｍの厚さを有することができる。
【０１３０】
上部注入部２１は、核形成部１６及び注入部を覆うように、遷移金属を含む材料の連続層の堆積によって製造することができる。その後、成長マスク１８を形成することを目的とした誘電体材料の層によって覆われてもよい。
【０１３１】
この場合、貫通開口部１９は有利には二段階で形成される。まず、上部注入部２１の材料までの誘電体材料の選択的エッチング工程が、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）タイプのドライエッチングによって行われる。遷移金属を含む第２の材料の連続層は、このようにして、エッチング停止層を形成する。こうして、第２の材料上に開口する核形成面１７に対向した第１の開口が得られる。第２に、核形成結晶材料までの第２の材料の選択的エッチングのステップが、第１の開口を通して、例えば、ウェットエッチングによって実行され、そのエッチング剤は、例えば、フッ化水素酸である。このようにして、核形成面１７に開口する貫通開口部１９が形成される。従って、核形成面１７は、ドライエッチング工程に関連する潜在的な劣化から保護されている。
【０１３２】
図４Ｅを参照すると、この変形例による核形成構造１０は、ワイヤへの電荷キャリアの注入を改善することを目的とした下部注入部２２をさらに含むという点で、本質的に図１Ａに示すものと異なる。
【０１３３】
下部注入部２２は、ここでは、中間部１４の間で成長面１３と接触して配置され、有利には、これらの部分と接触して配置されている。したがって、下部注入部２２は、注入部２０によって覆われ、これらの部分と接触している。注入部２０および核形成部１６は、ここでは１つの同じ連続層２４の異なる区域である。
【０１３４】
下部注入部２２は、ここでは遷移金属を含む第３の材料から形成され、すなわち、遷移金属から形成されてもよいし、あるいは、遷移金属を含む化合物、例えば、遷移金属の窒化物または炭化物から形成されてもよい。遷移金属を含む第３の材料は、核形成部１６の材料と同一でも異なっていてもよく、有利には、この材料よりも低い電気抵抗率を有する。一例として、核形成結晶材料は、窒化タンタルＴａＮ、窒化ハフニウムＨｆＮ、窒化ニオブＮｂＮ、窒化ジルコニウムＺｒＮ、窒化チタンＴｉＮから選択することができ、下部注入部２２の材料、すなわち、遷移金属を含む第３の材料は、窒化チタンでもよい。
【０１３５】
下部注入部２２は、１ｎｍと１００ｎｍとの間、好ましくは、１ｎｍと５０ｎｍとの間、例えば、２５ｎｍの厚さを有することができる。それらは、中間部１４の厚さと実質的に等しい厚さを有することができる。
【０１３６】
したがって、遷移金属を含む材料からなる部分の厚さは局所的に増加し、それは電荷キャリアの循環を改善し、導電性基板１１からワイヤへの電荷キャリアの注入を改善する。
【０１３７】
図４Ｆを参照すると、この変形による核形成構造１０は、下部注入部２２および上部注入部２１を備えるという点で本質的に図１Ａに示されたものと異なる。
【０１３８】
下部注入部２２は、成長面１３と接しており、注入部２０によって覆われている。それらは、有利には、中間部１４と接触している。それらは、ここでは、互いに分離しているブロックであるが、変形例として、連続層のゾーンを形成してもよい。
【０１３９】
上部注入部２１は、注入部の上面と接触しており、核形成面を画定するために核形成部１６を部分的に覆っている。これらは、貫通開口部１９に開口している。この例では、それらは成長面１３とも接触しており、下部注入部２２及び注入部の垂直側壁を覆っている。それらは、ここでは、互いに分離しているブロックであるが、変形例として、連続層のゾーンを形成してもよい。
【０１４０】
上部注入部２１の第２の材料及び下部注入部２２の第３の材料は、遷移金属を含む材料であり、すなわち、遷移金属、または、遷移金属の窒化物もしくは炭化物のような遷移金属を含む化合物でできていてもよい。第２及び第３の遷移金属窒化物は、互いに同一でも異なっていてもよく、そして、核形成部１６の材料と異なっていてもよい。それらは互いに同一であってもよく、核形成結晶材料とは異なってもよく、有利には、この材料よりも低い電気抵抗率を有する。例として、核形成結晶材料は、窒化タンタルＴａＮ、窒化ハフニウムＨｆＮ、窒化ニオブＮｂＮ、窒化ジルコニウムＺｒＮ、窒化チタンＴｉＮから選択されてもよく、第２及び第３の遷移金属窒化物は窒化チタンであってもよい。
【０１４１】
従って、遷移金属を含む材料からなる部分の厚さは、特に、核形成部１６と接触する注入部のスタックを局所的に形成することによって増加し、それは、電荷キャリアの循環および注入を改善する。さらに、ワイヤと遷移金属とを含む材料からなる部分との間の接触界面が増大する。それにより、導電性基板１１からワイヤへの電荷担体の注入は改善される。
【０１４２】
さらに、例えば、ガリウム等のＩＩＩ族元素の極性によるが、窒素等のＶ族元素の極性によらない、例えば、ＧａＮからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物を主に含む半導体材料からなるワイヤの成長を実施することが有利であり得る。
【０１４３】
具体的には、そのようなワイヤは、窒素極性のワイヤの場合に現れる可能性がある反転ドメイン境界が減少するか、さらにはなくなる傾向がある限り、改善された光学的及び／または電子的特性を有し、ワイヤのＣ面、すなわち、成長軸Ｃに対して実質的に直角に配向されたワイヤの上面における凹凸が縮小される。
【０１４４】
一般に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物でできたワイヤは、好ましい成長方向に沿って、ＩＩＩ族元素の極性またはＶ族元素の極性に従って成長することができる。ワイヤが成長方向に対して垂直な平面に沿って切断される場合には、露出面は、ＩＩＩ族元素の極性に従っての成長の場合にはＶ族、Ｖ族元素の極性に従っての成長の場合にはＩＩＩ族の原子を有する。
【０１４５】
例えば、ＧａＮからなり、窒素極性に従って成長させることによって得られるＩＩＩ−Ｖ族化合物からなるワイヤは、ワイヤが局所的にガリウム極性である反転ドメイン境界を有するように見える。さらに、ワイヤの平面Ｃは表面粗さを有するように見える。窒素極性のワイヤのこれらの特性は、ワイヤの光学的及び／または電子的特性の劣化を招く可能性がある。
【０１４６】
本発明者らは、ＩＩＩ族元素の極性、すなわち、ＧａＮの場合にはガリウム極性に従う一方で、ワイヤの成長前に核形成部１６に窒化焼鈍が施されていない場合に、ワイヤが上述の核形成構造から得られることを観察した。具体的には、核形成部１６、特に、核形成面１７は、８００℃以上の温度、特に、１０００℃以上の温度にさらされると同時に、アンモニアＮＨ３の流れにさらされない。アンモニアの流れとは無関係に、核形成面１７は、このような極性に従ったワイヤの成長を変更させることがない、分子状窒素Ｎ２の流れにさらされてもよい。
【０１４７】
したがって、本発明者らは、例示として、ワイヤの成長前に、核形成面１７が、特に、８００℃以上の温度及びアンモニアの流れに同時にさらされない、すなわち、窒化アニーリングを受けない場合に、窒化ニオブＮｂＮから形成された核形成部１６からのガリウム極性に従った窒化ガリウムＧａＮのワイヤの成長が得られることを観察した。ガリウム極性によるワイヤの成長は、核形成面１７がアンモニアの流れにさらされるが、８００℃以上の温度にはさらされない場合にも得られる。そして、核形成面１７が８００℃以上、例えば１０００℃の温度にさらされるがアンモニアの流れにはさらされない場合にも、ガリウム極性によるワイヤの成長が得られる。一方、窒素極性に従った成長は、核形成部１６に窒化焼鈍が適用されるとき、すなわち、核形成面１７が例えば１０００℃の温度と、アンモニアの流れとの両方にさらされるときに得られる。
【０１４８】
ワイヤの成長段階の開始中、特に、ワイヤのＩＩＩ−Ｖ族化合物の核形成面からの核形成段階中に、核形成面はアンモニアの流れにさらされる。その場合、温度は８００℃未満であることが好ましい。続いて、ＩＩＩ−Ｖ族化合物が核形成面１７を連続的に被覆するとき、ＩＩＩ族元素の極性に従ってワイヤの成長に悪影響を及ぼすことなく、温度を８００℃より上昇させ、そして、アンモニアの流れを維持する。
【０１４９】
好ましくは、核形成部１６の材料は、チタンの窒化物ＴｉＮ、ジルコニウムの窒化物ＺｒＮ、ハフニウムの窒化物ＨｆＮ、バナジウムの窒化物ＶＮ、ニオブの窒化物ＮｂＮ、タンタルの窒化物ＴａＮ、クロムの窒化物ＣｒＮ、モリブデンの窒化物ＭｏＮまたはタングステンの窒化物ＷＮから選択される。または、チタンの炭化物ＴｉＣ、ジルコニウムの炭化物ＺｒＣ、ハフニウムの炭化物ＨｆＣ、バナジウムの炭化物ＶＣ、ニオブの炭化物ＮｂＣまたはタンタルの炭化物ＴａＣから選択される。好ましくは、核形成結晶材料は、チタンの窒化物ＴｉＮ、ジルコニウムの窒化物ＺｒＮ、ハフニウムの窒化物ＨｆＮ、ニオブの窒化物ＮｂＮ、またはタンタルの窒化物ＴａＮから選択される。好ましくは、核形成結晶材料は、ニオブの窒化物ＮｂＮである。
【０１５０】
特定の実施形態は説明された。当業者には、様々な変形形態および修正形態が明らかであろう。
【０１５１】
第２のドープ部が活性領域及びワイヤの端部を少なくとも部分的に取り囲んで覆う限りにおいて、放射状またはコア／シェル構成が記載されている。変形例として、発光ダイオードは、ワイヤ、活性領域及び第２のドープ部が、ワイヤの横方向縁部によって覆われることなく、長手方向軸Δに沿って互いの上に積み重ねられる構成を有してもよい。横方向縁部は、長手方向軸Δと実質的に平行に延びるワイヤの一部分の表面を意味すると理解される。
【０１５２】
ワイヤの形態の三次元半導体素子が記載されている。変形例として、三次元半導体素子は、ピラミッド形状、例えば、多角形ベースの円錐形または円錐台形を有することができる。
【０１５３】
電磁放射を放出することができる発光ダイオードを含む光電子デバイスも記載されている。変形例として、光電子デバイスは、電磁放射を電気信号に変換する目的で、電磁放射を受信および検出することが可能でもよい。
【図１Ａ】
2019527470.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【国際調査報告】
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2019527470.tif 000018
2019527470.tif 000019
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